(57)【要約】【課題】  半導体素子を一対の金属板にて挟んだものを樹脂で封止してなる半導体装置の製造方法において、モールド工程時における半導体素子の破壊を防止する。【解決手段】  対向する一対の金属板２、３の間に半導体素子１を介在させ、それぞれの金属板２、３の内面２ａ、３ａと半導体素子１とを接続した部材１１０を、金型２００内に設置し、樹脂５を注入することにより部材１１０をモールドするようにした製造方法において、モールド工程では、一方の金属板２の外面２ｂと金型２００とを密着させるとともに、他方の金属板３の外面３ｂと金型２００との間に、注入される樹脂５が流動可能な大きさの隙間２３０を設けた状態で、樹脂５の注入を行って樹脂５を隙間２３０に充填し、しかる後、他方の金属板３の外面３ｂを被覆する樹脂５を除去し、当該外面３ｂを露出させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の金属板（２、３）の間に半導体素子（１）を介在させ、それぞれの前記金属板（２、３）の内面（２ａ、３ａ）と前記半導体素子（１）とを接続した部材（１１０）を形成し、この部材（１１０）を金型（２００）内に設置し、前記金型（２００）内に樹脂（５）を注入することにより、前記樹脂（５）にて前記部材（１１０）をモールドするようにした半導体装置の製造方法において、
前記モールド工程では、前記一対の金属板（２、３）のうちのどちらか一方の金属板の外面（２ｂ）と前記金型（２００）とを密着させるとともに、他方の金属板の外面（３ｂ）と前記金型（２００）との間に、前記注入される樹脂（５）が流動可能な大きさの隙間（２３０）を設けた状態で、前記樹脂（５）の注入を行って前記樹脂（５）を前記隙間（２３０）に充填し、
しかる後、前記樹脂（５）にてモールドされた前記部材（１１０）を前記金型（２００）から取り出し、前記他方の金属板の外面（３ｂ）を被覆する前記樹脂（５）を除去し、当該外面（３ｂ）を露出させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記モールド工程では、前記一対の金属板（２、３）のうちのどちらか一方の金属板の外面（２ｂ）を下方側に位置させて前記金型（２００）に密着させるとともに、他方の金属板の外面（３ｂ）を上方側に位置させて前記金型（２００）との間に前記隙間（２３０）を設け、この隙間（２３０）を前記樹脂（５）が流動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記隙間（２３０）を前記樹脂（５）が流動して前記他方の金属板の外面（３ｂ）の全体を前記樹脂（５）にて封止するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を一対の金属板にて挟んだものを樹脂で封止してなる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置としては、はんだなどの接合部材を介して、半導体素子の両面を、当該半導体素子の電極および放熱部材として機能する一対の金属体にて挟み、これらをモールド樹脂にて封止したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このような半導体装置は、一般に、内面にて対向する一対の金属板の間に半導体素子を介在させるとともに、それぞれの金属板の内面と半導体素子とをはんだ等にて接続した部材を形成し、この部材を金型内に設置し、金型内に樹脂を注入することにより、樹脂にて前記の部材をモールドすることにより製造される。
【特許文献１】特開２００５−１２３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の半導体装置においては、両金属板の外面をそれぞれ樹脂から露出させることにより、ここを放熱面として機能させ、半導体装置の放熱性の向上を図るようにしている。
【０００５】
ここで、本発明者の検討によれば、金型による樹脂成形すなわちモールド工程によって、両金属板の外面の露出構成を形成しようとすると、次に述べるような問題が生じることがわかった。図６、図７は、それぞれ本発明者が行った第１の検討例、第２の検討例を示す工程図である。
【０００６】
まず、図６に示されるように、半導体素子１を一対の金属板２、３にて挟んだ部材１１０を金型２００内に設置するが、このとき、両金属板２、３の外面２ｂ、３ｂの露出構成を形成しようとする場合、両金属板２、３の外面２ｂ、３ｂをそれぞれ金型２００に密着させ、ここに樹脂が充填されないようにする。
【０００７】
しかし、この第１の検討例の場合、金型２００の上型と下型との型締めを行うときに、部材１１０を挟み付けるように圧縮力（たとえば、数十ＭＰａ程度）が加わり、金属板２、３の間に位置する部品すなわち半導体素子１の破壊を招く可能性がある。
【０００８】
一方、第２の検討例では、このような圧縮力を加えないようにするため、一方の金属板２を金型２００に密着させて支持し、他方の金属板３と金型２００との間とは、樹脂５が入り込まない程度の大きさ（たとえば１０μｍ以下）の隙間３００を設けて、型締めを行っている。
【０００９】
この場合、樹脂５の入った容器２１０から金型２００内に樹脂５が注入されるが、上記隙間３００には、樹脂５は入り込まず、樹脂５が未充填となっている未充填部分３１０が発生する（図７（ｃ）参照）。
【００１０】
すると、金型２００内にて樹脂５が硬化するときに、未充填部分３１０が存在する方の金属板３には、、図７中（ｃ）中の矢印に示されるように、それとは反対側の金属板２を固定部として樹脂５による金属板３の内面側からの押し上げ力Ｆが作用する。そして、この押し上げ力Ｆにより、金属板２、３に接続された半導体素子１にも引っ張り力が加わり、半導体素子１の破壊を招く可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子を一対の金属板にて挟んだものを樹脂で封止してなる半導体装置の製造方法において、モールド工程時における半導体素子の破壊を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明者は、モールド工程では、金型内にて、一対の金属板のうち樹脂による押し上げ力が加わる方の金属板、すなわち、金型に密着する方とは反対側の金属板において、その外面側にも樹脂を充填すればよいと考えた。
【００１３】
そのようにすれば、当該金属板は内面側だけでなく外面側も樹脂に囲まれ、その周囲は静水圧状態となるため、当該金属板に対しては、内面側からの押し上げ力はなくなり、その結果、半導体素子の破壊を防止することができる。
【００１４】
ただし、このようにした場合、モールド工程後は、金型に密着させた方の金属板の外面は樹脂から露出するが、それとは反対側の金属板の外面は樹脂で被覆された状態となる。しかし、その部分の樹脂を除去する工程を行えば、両方の金属板の外面を樹脂から露出されることができる。本発明は、上記した検討結果に基づいて創出されたものである。
【００１５】
すなわち、本発明は、モールド工程では、一対の金属板（２、３）のうちのどちらか一方の金属板の外面（２ｂ）と金型（２００）とを密着させるとともに、他方の金属板の外面（３ｂ）と金型（２００）との間に、注入される樹脂（５）が流動可能な大きさの隙間（２３０）を設けた状態で、樹脂（５）の注入を行って樹脂（５）を隙間（２３０）に充填し、しかる後、他方の金属板の外面（３ｂ）を被覆する樹脂（５）を除去し、当該外面（３ｂ）を露出させることを特徴とする。
【００１６】
それによれば、金型（２００）内にて、一対の金属板（２、３）の一方の外面（３ｂ）と金型（２００）との間に樹脂（５）を充填するから、当該一方の金属板（３）の周囲は静水圧状態となり当該一方の金属板（３）に対する上記押し上げ力はなくなり、半導体素子（１）の破壊を防止することができる。
【００１７】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の概略断面構成を示す図である。この半導体装置１００は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用のモータを駆動するために用いられるインバータ装置として適用されるものである。
【００２０】
図１に示される半導体装置１００は、半導体素子１を備えている。この半導体素子１は、たとえば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの縦型パワー素子などである。
【００２１】
そして、半導体素子１の両面は、この半導体素子１の電極および放熱部材として機能する一対の金属板２、３にて挟まれている。これら金属板２、３は、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属にて構成されている。ここで、図１において、一対の金属体２、３のうち下側に位置する金属体２を第１の金属体２とし、上側に位置する金属体３を第２の金属体３とする。
【００２２】
図１に示されるように、半導体装置１００において、内面２ａ、３ａにて対向する一対の金属板２、３の間に半導体素子１が介在しており、それぞれの金属板２、３の内面２ｂ、３ａと半導体素子１とは、はんだや導電性接着剤などの導電性接合部材４によって機械的・電気的さらに熱的に接続されている。
【００２３】
そして、図１に示されるように、半導体装置１００においては、半導体素子１を挟み込んだ一対の金属体２、３が、モールド樹脂５により包み込まれるようにモールドされ封止されている。このモールド樹脂５はエポキシ系樹脂などからなり、後述する型成形によって形成されるものである。
【００２４】
ここで、図１に示されるように、一対の金属体２、３のそれぞれにおいて、半導体素子１と対向する内面２ａ、３ａとは反対側の外面２ｂ、３ｂが、モールド樹脂５から露出している。これにより、半導体装置１００においては、半導体素子１の両面のそれぞれにて、金属体２、３を介した放熱が行われる構成となっている。
【００２５】
また、一対の金属板２、３は、導電性接合部材４を介して、半導体素子１の各面の図示しない電極に電気的に接続されている。図示しないが、各金属体２、３には、その端面からモールド樹脂５の外側に突出する外部端子が設けられている。
【００２６】
また、図示しないが、モールド樹脂５の内部から外部へ突出するように、リードフレームなどからなる制御端子が設けられ、この制御端子と半導体素子１とはボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。このような各端子により、半導体装置１００と外部との電気的な接続がなされるようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法について述べる。図２は、本製造方法のモールド工程を示す工程図である。なお、図２では、上記半導体装置１００における導電性接合部材４は省略してある。
【００２８】
まず、対向する一対の金属板２、３の間に半導体素子１を介在させ、それぞれの金属板２、３の内面２ａ、３ａと半導体素子１とを接続した部材１１０を形成し、この部材１１０を金型２００内に設置する。
【００２９】
ここで、金型２００としては、上型と下型とを合致させ型締めを行う一般なものを採用できる。また、溶融状態の樹脂５を入れておく容器２１０と、この容器２１０から金型２００内へ樹脂５を注入するための通路２２０とが設けられている。そして、たとえば１７０℃〜１８０℃程度の溶融状態の樹脂５に、数ＭＰａ程度の圧力を加えて、容器２１０から金型２００内へ樹脂５が注入できるようになっている。
【００３０】
ここで、図２（ａ）に示されるように、一対の金属板２、３のうち第１の金属板２を下方側に第２の金属板３を上方側にして、部材１１０を金型２００内に設置する。それにより、重力により、下方側に位置する第１の金属板２の外面２ｂと金型２００とが密着した状態となる。
【００３１】
それとともに、第２の金属板３の外面３ｂと金型２００との間に、注入される樹脂５が流動可能な大きさの隙間２３０を設けた状態とする。この隙間２３０の大きさは、たとえば５０μｍ以上である。
【００３２】
こうした状態で、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、金型２００内に樹脂５を注入することにより、樹脂５にて部材１１０をモールドするとともに、樹脂５を隙間２３０に充填する。
【００３３】
すると、隙間２３０を樹脂５が流動していき、第２の金属板３は、内面３ａ側だけでなく外面３ｂ側も樹脂に囲まれ封止された状態となるため、樹脂５の硬化時においては、第２の金属板３の周囲は静水圧状態となる。
【００３４】
つまり、図２（ｃ）に示されるように、第２の金属板３については内面３ａから加わる圧力Ｆ２と外面３ｂから加わる圧力Ｆ１とがほぼ同等となるため、第２の金属板３に対して上記したような内面側からの押し上げ力はなくなる。その結果、半導体素子１の破壊を防止することができる。
【００３５】
こうして、金型２００内にて樹脂５を硬化させた後、樹脂５にてモールドされた部材１１０を金型２００から取り出す。この金型２００から取り出した状態のものの断面図を図３に示す。この状態では、第１の金属板２の外面２ｂは樹脂５から露出しているが、第２の金属板３の外面３ｂ全体は樹脂５にて封止され被覆されている。
【００３６】
そこで、この第２の金属板３の外面３ｂを被覆する樹脂５を除去し、当該外面３ｂを露出させる。具体的には、図４に示されるように、刃具２５０を用いた切削により除去を行う。または、この除去は砥石や砥粒などを用いた研磨であってもよい。
【００３７】
この除去工程により、一対の金属体２、３のそれぞれにおいて外面２ｂ、３ｂａが、モールド樹脂５から露出し、上記図１に示される本実施形態の半導体装置１００ができあがる。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、モールド工程において、金型２００に密着する方とは反対側の金属板３において、内面３ａ側からの押し上げ力はなくなり、その結果、モールド工程時における半導体素子１の破壊を防止することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
上記図２に示されるように、部材１１０を金型２００に設置するとき、天地方向において下方側の金属板２を金型２００に密着させることは、重力の方向を考慮して一般的に行われる。
【００４０】
しかし、金型２００内に何らかの突起を形成したり、治具などを用いることにより、上記図２において上側の金属板３を金型２００に密着させ、下側の金属板２の外面２ａと金型２００との間に上記樹脂５が流動可能な隙間を設けてもよい。
【００４１】
この場合、金型２００から取り出した状態のものの断面構成は、図５に示される。図５に示されるように、この場合、上記図３とは逆に、第２の金属板３の外面３ｂは樹脂５から露出しているが、第１の金属板２の外面２ｂは樹脂５にて被覆されている。その後は、上記実施形態と同様に、切削や研磨による除去工程を行えば、本実施形態においても、上記図１に示されるものと同様の半導体装置ができあがる。
【００４２】
つまり、本実施形態および上記実施形態からわかるように、一対の金属板２、３のうちのどちらか一方の金属板の外面と金型２００とを密着させるとともに、他方の金属板の外面と金型２００との間に、注入される樹脂５が流動可能な大きさの隙間２３０を設けた状態として、モールド工程を行えばよい。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、注入される樹脂５が流動可能な大きさの隙間２３０において、この隙間２３０を樹脂５が流動して、隙間５側の金属板の外面の全体を樹脂５にて封止するようにしている。
【００４４】
しかし、この隙間２３０は、上記した静水圧状態による押し上げ力をほぼ無くせるならば、成形時において、隙間２３０全体を樹脂５が流動して充填されなくてもよく、たとえば、上記図２に示されるように、樹脂５が隙間２３０の途中まで充填された状態で樹脂５の流動が終了してもよい。このような隙間２３０も注入される樹脂５が流動可能な大きさの隙間である。
【００４５】
また、上記図２においては、第１の金属体２を下側、第２の金属体３を上側としているが、これとは逆に、この図２において、第２の金属体３を下側として金型２００に密着させ、第１の金属体２を上側とし、その外面２ｂ側に上記隙間２３０を設けて、モールド工程を行ってもよい。この場合、金型２００から取り出したものは、上記図５に示されるようなものになる。
【００４６】
また、半導体装置一対の金属体２、３に挟まれる半導体素子としては、両面に配置される一対の金属体２、３を電極として用いることが可能なものであれば、上記したものに限定されない。また、半導体素子は複数個でもよい。
【００４７】
また、半導体素子１と金属板２、３の内面２ａ、３ａとの間には、金属製のブロック体、いわゆるヒートシンクブロックと言われる部材を、導電性接合部材を介して介在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置の製造方法におけるモールド工程を示す工程図である。
【図３】図２に示されるモールド工程にてモールドされた部材の断面図である。
【図４】刃具を用いた切削による除去方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るモールド工程にてモールドされた部材の断面図である。
【図６】本発明者の行った第１の検討例を示す図である。
【図７】本発明者の行った第２の検討例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…半導体素子、２…第１の金属板、２ａ…第１の金属板の内面、
２ｂ…第１の金属板の外面、３…第２の金属板、３ａ…第２の金属板の内面、
３ｂ…第２の金属板の外面、５…モールド樹脂、１１０…部材、２００…金型。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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